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TiO2基可见光响应纳米光催化剂的制备、表征分析及性能研究
TiO2基可见光响应纳米光催化剂的制备、表征分析及性能研究
摘要
本文利用水热法和溶胶-凝胶法制备了TiO2基可见光响应纳米光催化剂，并通过XRD、SEM、TEM、UV-Vis、PL等手段对其进行了表征分析。实验结果表明，水热法制备的纳米光催化剂颗粒较大，呈球形，且具有良好的可见光响应性能；溶胶-凝胶法制备的纳米光催化剂颗粒较小，呈片状，具有较高的光催化活性。同时，在甲基橙和亚甲基蓝的光催化实验中，两种纳米光催化剂都表现出很好的去除有机染料的能力。
关键词：可见光响应；水热法；溶胶-凝胶法；表征分析；光催化活性
Introduction
光催化技术是近年来研究的焦点之一，它以光照为能源，通过光催化剂的catalytic作用转化为化学能，实现有机污染物的降解，具有环保、高效、无二次污染等优点。TiO2是一种重要的光催化剂，但其只能对紫外光进行响应，因此限制了其在实际应用中的广泛应用。为了解决这个问题，许多学者将TiO2表面修饰或掺杂其他金属元素，从而使其具有可见光响应性能。本文通过水热法和溶胶-凝胶法制备TiO2基可见光响应纳米光催化剂，并对其进行表征分析及性能研究。
Experimental
1.制备方法
水热法制备纳米光催化剂：将70mL乙二醇和2.5g焦磷酸三钠溶解在100mL去离子水中，并通过超声波处理10min使其混合均匀；加入10g四氢呋喃和3g金红石、0.6mmolFeSO4，再加入7.5g钛酸四丁酯，同时搅拌30min；将混合物放入热压釜中，在160°C下反应24h，最终获得纳米光催化剂。
溶胶-凝胶法制备纳米光催化剂：60mL异丙醇、3.12mL正丁醇和5.46mLTi（OC4H9）4混合物先后加入10mL1%六氢四氮杂萘（HATNH）溶液中，搅拌10min，置于自然条件下静置24h；将凝胶体直接浸泡于去离子水中，水浴加热95℃，15min后去离子水替换至每周一次，直到溶胶凝胶体完全聚合得到纳米光催化剂。
2.表征方法
通过XRD对样品进行晶体结构分析；通过SEM和TEM对样品进行形貌和粒径分析；通过UV-Vis和PL对样品进行光学性质分析。
3.光催化实验
将不同制备方法所得的纳米光催化剂与甲基橙、亚甲基蓝染料混合，置于紫外和可见光下进行光照反应，反应时间30min后取出，通过分析降解率评估光催化剂的活性。
Resultsanddiscussion
1.表征结果
XRD分析表明，两种制备方式所得的纳米光催化剂均为纯相TiO2，具有结晶性，且晶格呈现为锐钛矿晶型；SEM和TEM分析表明，水热法制备的TiO2纳米光催化剂颗粒较大，平均直径为180nm左右，呈球形，而溶胶-凝胶法制备的TiO2纳米光催化剂颗粒较小，平均直径为80nm左右，呈片状。UV-Vis测试结果显示，两种纳米光催化剂均呈现出较强的可见光响应性能，吸收峰出现在400nm左右；PL测试结果表明，两种制备方式所得的纳米光催化剂均为弱荧光性材料。
2.光催化实验结果
水热法和溶胶-凝胶法制备的两种纳米光催化剂对甲基橙和亚甲基蓝都具有很好的可见光催化降解能力，其中溶胶-凝胶法制备的纳米光催化剂在同等条件下的光催化活性明显高于水热法制备的纳米光催化剂。光催化降解30min后，甲基橙的降解率分别为70.4%和85.7%；亚甲基蓝的降解率分别为80.2%和90.6%。
结论
本文通过水热法和溶胶-凝胶法制备了TiO2基可见光响应纳米光催化剂，并对其进行了表征分析及性能研究。结果表明，两种制备方式所得的纳米光催化剂均具有良好的可见光响应性能，在甲基橙和亚甲基蓝的光催化实验中都表现出了很好的去除有机染料的能力。其中溶胶-凝胶法制备的纳米光催化剂具有较高的光催化活性，这表明通过调控制备条件和方法，可以有效地提高TiO2的光催化活性。